RTK para todos. Unidad GNSS de bajo costo basado en Raspberry Pi: primeros resultados y potenciales aplicaciones

José Ramón Martínez Batlle, UASD

XVIII Jornada de Investigación Científica, UASD
12, 13 y 14 de noviembre, 2019
Santo Domingo, República Dominicana

Producción del último año

Clusters of high abundance of plants detected from local indicators of spatial association (LISA) in a semi-deciduous tropical forest Drainage Rearrangement as a Driver of Geomorphological Evolution During the Upper Pleistocene in a Small Tropical Basin

¿Qué es RTK?

  • Siglas de real-time kinematic, es una técnica de navegación satelital global, que utiliza la fase de la onda portadora (a diferencia de la técnica convencional, basada códigos pseudoaleatorios de baja frecuencia) enviada por satélites de posicionamiento global, tales como GPS, GLONASS, Galileo y BeiDou, para calcular, con precisión centimétrica, la distancia entre una estación base de coordenadas conocidas y una estación exploradora o rover.

Comparación entre técnica estándar y basada en onda portadora

Basada en códigos pseudoaleatorios (estándar) Posicionamiento preciso (basada en onda portadora)
Observaciones Pseudorango (de códigos) Onda portadora + pseudorango
Precio de receptor Baratos, ~US$100 Muy caros ~US$20,000-30,000
Exactitud 3 m (H), 5 m (V) 5 mm (H) 1 cm (V) (modo estático)
Aplicaciones Navegación marítima, búsqueda y rescate Mensura, cartografía de alta precisión

Precisión, exactitud y veracidad

| Tomado de Prieto (2018)

Tomado de Wikipedia contributors (2019)

Precisión y exactitud del rover

  • La precisión de la coordenada del rover respecto de la base es centimétrica.

  • La exactitud de la coordenada calculada en el rover (“veracidad” si se refiere a grupo coordenadas), dependerá de la exactitud de la coordenada estación base. Si la coordenada de la base es exacta, también lo será la del rover.

Trilateración

  • El posicionamiento se realiza por medio de trilateración, un método que utiliza la distancia entre éste y varios puntos conocidos, siendo estos últimos los satélites.

  • Dado que las coordenadas se generan para un espacio tridimensional, el proceso necesita de al menos 4 satélites.

Tomado de GISGeography (2018)

Algoritmo (no, ese no)

  • El algoritmo (sí, sí, esta palabra existía antes de los políticos) empleado para obtener el resultado preciso se centra en la resolución de la ambigüedad del número entero, es decir, el número de ciclos completos que caben entre el receptor y el satélite. Existen varias estrategias para ello, pero lo importante es que se consiga una convergencia rápida de la solución. Cuando se conoce el número de ciclos, basta con multiplicarlo por la longitud de onda (19 cm) para obtener el pseudorango.

  • El pseudorango es una distancia imprecisa, porque está afectada por fuentes de error de ámbito local/regional (retardo ionosférico y troposférico) y otros (sesgo por geometría de constelación, por multitrayecto, por relojes del satélite y del receptor).

  • La estación base determina estas fuentes de error (puesto que conoce su propia posición), y las transmite al rover en tiempo real (de ahí el RT de las siglas) en forma de correcciones para mejorar la posición.

  • La estación base también puede colectar datos brutos sin transmitirlos al rover. Dicha información se utiliza posteriormente para realizar posproceso (PPK) y corregir así las coordenadas colectadas por el rover.

  • Para garantizar una coordenada precisa entre el rover y la estación base, la distancia entre ellos no debe ser muy grande (se sugieren valores máximos de 10-30 km, pero en algunos casos esta exigencia no puede satisfacerse), puesto que se requiere que ambos compartan las mismas fuentes de error de ámbito regional.

  • Las fuentes de error globales, aunque introducen sesgos importantes, no son usadas para establecer una distancia óptima entre el rover y la base.

Tomado de Kubo (2018)

FABRICANTES DE RECEPTORES GNSS

  • SiRF, u-blox, Garmin, Hemisphere, Trimble, Leica, Topcon, NovAtel, JAVAD, Magellan, …

APLICACIONES

  • Mensura.

  • Fotogrametría con UAV.

  • Construcción, monitoreo de edificaciones y estructuras (puentes)

  • Agricultura de precisión.

  • Detección de tsunamis por boyas GNSS.

  • Sistemas de transporte inteligentes, vehículos autónomos.

  • Sistemas de cartografía móviles (Street View).

  • Deportes.

SOFTWARE DE CÓDIGO ABIERTO Y RECURSOS

RTKLIB

  • Biblioteca RTKLIB (primera versión, 2007), por Tomoji Takasu (Takasu, 2011; Takasu & Yasuda, 2009)

RTKLIB

RTKLIB

TouchRTKStation

RTKLIB Touchscreen GUI

rtkexplorer

  • El website rtkexplorer es un blog de iniciación en la tecnología RTK de bajo costo (Everett, 2019a)

rtklibexplorer

  • El blog rtklibexplorer documenta proyectos RTK en profundidad (Everett, 2019b)

EQUIPO DE COLECTA ENSAMBLADO

Parte Precio
Raspberry Pi 3 B+

RESULTADOS

CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS

Conclusiones

Perspectivas

  • Precise point positioning (PPP).

  • Configuración de segundo receptor para el tandem base+rover, con TX/RX de correcciones por radiofrecuencia

  • Monitoreo de deslizamientos.

  • Modelización de la granulometría de carga gruesa superficial mediante UAV.

  • Monitoreo de subsidencia.

REFERENCIAS

Everett, T. (2019a). Rtkexplorer. Retrieved August 1, 2019, from http://rtkexplorer.com/

Everett, T. (2019b). Rtklibexplorer. Retrieved August 1, 2019, from https://rtklibexplorer.wordpress.com/

GISGeography. (2018). Trilateration vs triangulation – how gps receivers work. Retrieved November 7, 2019, from https://gisgeography.com/trilateration-triangulation-gps/

Kubo, N. (2018). GNSS precise positioning and rtklib. Retrieved from http://www.unoosa.org/documents/pdf/icg/2018/ait-gnss/15a_PPP_RTKLIB.pdf

Prieto, E. (2018)....Exactitud no es lo mismo que precisión? Retrieved November 7, 2019, from https://www.e-medida.es/numero-1/exactitud-no-es-lo-mismo-que-precision/

Takasu, T. (2011). RTKLIB: An open source program package for gnss positioning. Tech. Rep., 2013. Software and Documentation.

Takasu, T., & Yasuda, A. (2009). Development of the low-cost rtk-gps receiver with an open source program package rtklib. International symposium on gps/gnss, 4–6. International Convention Center Jeju Korea.

Taroz. (2019). TouchRTKStation. Retrieved August 1, 2019, from https://github.com/taroz/TouchRTKStation

Wikipedia contributors. (2019). Accuracy and precision — Wikipedia, the free encyclopedia. Retrieved from https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Accuracy_and_precision&oldid=922251121